DE69607901T2

DE69607901T2 - Method and digging device for producing tunnel soles

Info

Publication number: DE69607901T2
Application number: DE69607901T
Authority: DE
Inventors: Davide Trevisani
Original assignee: Trevi SpA
Current assignee: Trevi SpA
Priority date: 1995-08-02
Filing date: 1996-07-02
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2016-07-03
Also published as: ATE192213T1; ITTO950652A0; ITTO950652A1; EP0757158A1; ES2147330T3; DE69607901D1; IT1280890B1; EP0757158B1

Abstract

An excavating apparatus for constructing, remaking, reinforcing or restoring any part of the base of a tunnel, such to provide an inverted arch (18) or resting piers structure adequate for sustaining the tunnel (11), comprises a power driven trencher excavating means (20) so restrained as to accomplish a combined movement of: oscillation about an axis substantially parallel to the longitudinal axis of the tunnel; sliding in a direction perpendicular to said axis; and transverse horizontal translation together with said oscillation axis, along a horizontal guide means (10) extending transversely in the tunnel (11). There is also disclosed an excavating method making use of such an apparatus. <IMAGE>

Description

Field of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Aushubverfahren und eine Aushubvorrichtung zur Herstellung der Sohle (Fundamentgewölbe oder Gründungspfähle) eines neuen oder eines bereits bestehenden Tunnels, der verbreitert oder umgebaut werden soll.The present invention relates to an excavation method and an excavation device for producing the base (foundation vault or foundation piles) of a new or an existing tunnel that is to be widened or rebuilt.

Background of the invention

Gegenwärtig sehen Projekte für Straßen-, Eisenbahn- und Untergrundbahnnetze zunehmend Tunnels vor, die eine geringere Auswirkung auf die Umwelt haben sollten. Daher werden Anstrengungen unternommen, rasche, sichere und kostengünstige Verfahren für den Tunnelbau zu finden.Currently, road, rail and underground network projects increasingly include tunnels, which should have a lower environmental impact. Efforts are therefore being made to find rapid, safe and cost-effective methods for tunnel construction.

Häufig ist es notwendig, bestehende Tunnels instandzusetzen. Ebenso müssen viele Tunnels verbreitert werden, da es nicht immer möglich oder zweckdienlich ist, die Fahrbahn zu teilen oder die Straße umzulenken und einen neuen Tunnel der erforderlichen Größe zu bauen.It is often necessary to repair existing tunnels. Likewise, many tunnels need to be widened, as it is not always possible or practical to split the carriageway or divert the road and build a new tunnel of the required size.

Angesichts der obengenannten Probleme und Anforderungen wurden vor kurzem neue Systeme und Motoren für den Bau oder Umbau des Gewölbes eines Tunnels vorgeschlagen, wobei dieser ein neuer Tunnel oder ein bestehender sein kann, der verbreitert oder instandgesetzt werden soll.In view of the above problems and requirements, new systems and motors have recently been proposed for the construction or reconstruction of the vault of a tunnel, which may be a new tunnel or an existing one to be widened or repaired.

Beispiele für solche Verfahren und Vorrichtungen finden sich in EP-A-0 538 718, EP-A-0 557 805 und EP-A-0 394 806. Das Ausheben aufeinanderfolgender Längen des Erdreichs oder der Struktur des bereits bestehenden Tunnels wird während der Konstruktion des neuen, breiteren Gewölbes ausgeführt.Examples of such methods and devices can be found in EP-A-0 538 718, EP-A-0 557 805 and EP-A-0 394 806. The excavation of successive lengths of the soil or structure of the existing tunnel is carried out during the construction of the new, wider vault.

Summary of the invention

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Aushubverfahrens und einer Aushubvorrichtung für die Konstruktion, Neugestaltung, Verstärkung oder den Umbau einer beliebigen Länge der Tunnelsohle, so daß ein Fundamentgewölbe oder eine Gründungspfahlstruktur geschaffen wird, die den Tunnel abhängig von seinem Querschnitt angemessen trägt.An object of the present invention is to provide an excavation method and excavation apparatus for constructing, redesigning, strengthening or rebuilding any length of tunnel floor so as to provide a foundation arch or foundation pile structure that will adequately support the tunnel depending on its cross-section.

Wenn das Gewölbe verbreitert werden soll, muß natürlich auch das Fundamentgewölbe entsprechend verbreitert werden, oder die Gründungspfähle müssen an einer anderen Stelle angebracht werden.If the vault is to be widened, the foundation vault must of course also be widened accordingly, or the foundation piles must be installed at a different location.

Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung werden die obengenannten und weitere Aufgaben, die in der Folge offensichtlicher werden, durch die Bereitstellung einer Aushubvorrichtung für die Konstruktion, Neugestaltung, Verstärkung oder Instandsetzung eines beliebigen Teils der Tunnelsohle gelöst, so daß ein Fundamentgewölbe oder eine Gründungspfahlstruktur geschaffen wird, das/die zum Tragen des Tunnels angemessen ist, und abhängig von dem Querschnitt des Tunnels eine geeignete Größe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Grabenbaggeraushubmittel umfaßt, das von Antriebsmitteln angetrieben wird, und so eingeschränkt ist, daß es eine kombinierte Bewegung ausführt, aus:According to one aspect of this invention, the above and other objects which will become more apparent hereinafter are achieved by providing an excavation device for constructing, redesigning, strengthening or repairing any part of the tunnel floor so as to create a foundation vault or foundation pile structure adequate to support the tunnel and of a suitable size depending on the cross-section of the tunnel, characterized in that it comprises a trench excavation means driven by drive means and constrained to perform a combined movement of:

- einem Schwenken um eine Achse, die im wesentlichen parallel zu der Längsachse des Tunnels verläuft;- pivoting about an axis which is substantially parallel to the longitudinal axis of the tunnel;

- einem Gleiten in eine Richtung senkrecht zu der Achse; und- sliding in a direction perpendicular to the axis; and

- einer quergerichteten Horizontalverschiebung gemeinsam mit der Schwenkachse entlang einem horizontalen Führungsmittel, das quer in dem Tunnel verläuft.- a transverse horizontal displacement together with the pivot axis along a horizontal guide means which runs transversely in the tunnel.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Aushubverfahren unter Verwendung eines obengenannten Grabenbaggeraushubmittels bereitgestellt, dadurch gekennzeichnet, daß es die Schritte umfaßt:According to a further aspect of the present invention, there is provided an excavation method using a trencher excavating means as mentioned above, characterized in that it comprises the steps of:

a) des Anordnens des Grabenbaggeraushubmittels nahe dem Fuße des Tunnels;(a) locating the trenching excavation equipment close to the foot of the tunnel;

b) des Aushebens des Fußes des Tunnels durch das Vorschieben des Grabenbaggermittels in das Erdreich abwärts und auswärts des Tunnels;b) excavating the toe of the tunnel by pushing the trenching equipment into the ground down and out of the tunnel;

c) des Verschiebens des Grabenbaggermittels in eine im wesentlichen horizontale Richtung über die Tunnelsohle, wodurch einer der quergerichteten Sohlengräben gebildet wird;c) moving the trenching means in a substantially horizontal direction over the tunnel floor, thereby forming one of the transverse floor trenches;

d) des Längsverschiebens des Grabenbaggermittels über eine bestimmte Strecke; undd) the longitudinal displacement of the trenching equipment over a certain distance; and

e) des zyklischen Wiederholens der Schritte (a) bis (d), wodurch eine Reihe von Gräben für eine entsprechende Reihe von Fundamentträgern bereitgestellt wird, welche die Fundamentgewölbestruktur bilden, die dem Querschnitt des Tunnels angepaßt ist.e) cyclically repeating steps (a) to (d), thereby providing a series of trenches for a corresponding series of foundation beams forming the foundation vault structure adapted to the cross-section of the tunnel.

Short description of the drawings

Für ein besseres Verständnis des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wird auf die folgende ausführliche Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform Bezug genommen, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet wird, von welchen:For a better understanding of the method and apparatus of the present invention, reference is made to the following detailed description of an exemplary embodiment, considered in conjunction with the accompanying drawings, of which:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Tunnels ist, in dem eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet ist;Figure 1 is a cross-sectional view of a tunnel in which a device according to the present invention is arranged;

Fig. 2 und 3 eine Längsschnittansicht bzw. eine Draufsicht des Tunnels und der Vorrichtung von Fig. 1 ist;Figures 2 and 3 are a longitudinal sectional view and a plan view, respectively, of the tunnel and apparatus of Figure 1;

Fig. 4A bis 4F schematisch eine Abfolge von Arbeitsgängen gemäß dem Verfahren dieser Erfindung beim Verbreitern eines Tunnels zeigen; wobei die Arbeitsgänge von einer Vorrichtung gemäß dieser Erfindung ausgeführt werden; undFig. 4A to 4F schematically show a sequence of operations according to the method of this invention in widening a tunnel; the operations being carried out by an apparatus according to this invention; and

Fig. 5 und 6 Querschnittsansichten sind, die das Endergebnis des Verfahrens zeigen.Fig. 5 and 6 are cross-sectional views showing the final result of the process.

Detailed description of the invention

Die folgende Beschreibung betrifft insbesondere die Neugestaltung der Sohle (eines Fundamentgewölbes oder der Gründungspfähle) eines bestehenden Tunnels. Es ist offensichtlich, daß das beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung zur Verwendung in der Konstruktion eines vollständig neuen Tunnels geeignet sind.The following description relates in particular to the redesign of the base (a foundation arch or the foundation piles) of an existing tunnel. It is obvious that the method and the device described are suitable for use in the construction of a completely new tunnel.

Mit Bezugnahme zunächst auf Fig. 1, 2 und 3 bezeichnet das Bezugszeichen 20 eine Aushubfräse, vorzugsweise einen Kettengrabenbagger wie aus EP-A-0 407 934 bekannt ist. Der Grabenbagger 20 ist entlang einer im wesentlichen horizontalen Führung 10 bewegbar, die quer in dem Tunnel 11 angeordnet ist, um Gräben auszuheben, die dann mit Beton zur Bildung des Fundaments des Tunnels gefüllt werden.Referring first to Figures 1, 2 and 3, the reference numeral 20 designates an excavator, preferably a chain trencher as known from EP-A-0 407 934. The trencher 20 is movable along a substantially horizontal guide 10 arranged transversely in the tunnel 11 to excavate trenches which are then filled with concrete to form the foundation of the tunnel.

Mit weiterer Bezugnahme auf Fig. 1 bis 3 ist die horizontale Führung 10, die auf dem Boden durch ausfahrbare Füße 12 ruhen kann, in die Längsrichtung des Tunnels durch ein Raupenfahrzeug 13 bewegbar. Der Grabenbagger 20, der zum Ausheben von Gräben in die Querrichtung des Tunnels dient, wie in der Folge beschrieben ist, ist entlang einer Führung 15 in eine im wesentlichen vertikale und Querebene verschiebbar. Die Führung 15 ist drehbar um eine im wesentlichen horizontale und Längsachse an einem Schlitten 14 befestigt, der entlang der horizontalen Führung 10 gleitet.With further reference to Figs. 1 to 3, the horizontal guide 10, which can rest on the ground by extendable feet 12, is movable in the longitudinal direction of the tunnel by a tracked vehicle 13. The trencher 20, which serves to dig trenches in the transverse direction of the tunnel, as described below, is displaceable along a guide 15 in a substantially vertical and transverse plane. The guide 15 is rotatably mounted about a substantially horizontal and longitudinal axis on a carriage 14 which slides along the horizontal guide 10.

Die Länge der horizontalen Führung 10 kann unbestimmt so sein, daß sie die gesamte Breite des Tunnels überspannt, wie in Fig. 1 dargestellt, oder bei Verbreiterungsarbeiten, wie in Fig. 4A bis 4F dargestellt, auf einen Abschnitt des Tunnels beschränkt ist, so daß an einer Seite gearbeitet wird, während an der anderen Seite der Verkehr rollen kann.The length of the horizontal guide 10 may be indefinite so that it spans the entire width of the tunnel, as shown in Fig. 1, or in the case of widening work, as shown in Figs. 4A to 4F, it may be limited to a section of the tunnel so that work can be carried out on one side while traffic can pass on the other side.

Aufgrund der zuvor beschriebenen Anordnung wird der Aushubgrabenbagger 20 durch geeignete Antriebsmittel 16 (die nicht ausführlich beschrieben werden, da sie dem Fachmann in dem Gebiet bekannt sind) angetrieben und kann eine kombinierte Bewegung aus:Due to the arrangement described above, the trencher 20 is driven by suitable drive means 16 (which will not be described in detail as they are known to those skilled in the art) and can perform a combined movement of:

- einem Schwenken um eine Längsachse;- pivoting around a longitudinal axis;

- einem quergerichteten, horizontalen Verschieben gemeinsam mit der Schwenkachse- a transverse, horizontal displacement together with the swivel axis

ausführen.carry out.

Auf diese Weise kann der Grabenbagger einen querverlaufenden Graben 17 zur Bildung der Tunnelsohle (des Fundamentgewölbes oder der Gründungspfähle) gemäß dem Ablauf von Arbeitsgängen bilden, die in Fig. 4A - 4F dargestellt sind. Mit Bezugnahme insbesondere auf diese Zeichnungen wird der Grabenbagger zunächst nahe dem Verbindungspunkt zwischen dem Boden des Tunnels oder der Streckensohle 11 und dem Fundamentgewölbe 18 angeordnet (Fig. 4A). Dann wird der Grabenbagger zur Zerstörung des Fußes des Tunnels und des Fundamentgewölbes ausgefahren (Fig. 4B), wobei das Erdreich oder Gestein ausgehoben wird. Der Grabenbagger wird nach außen geschwenkt (Fig. 4C), wobei ein Seitenabschnitt 17a für den Fuß oder Gründungspfahl eines neuen Querschnitts des Tunnels ausgehoben wird. Dann schwenkt der Grabenbagger und wird als Einheit mit dem Schlitten 14 entlang der horizontalen Führung 10 verschoben. Dadurch wird ein Graben ausgehoben, dessen Form und Größe zur Aufnahme eines anschließenden Betongusses geeignet ist. Beim Härten bildet der Beton den vollen oder halben Fundamentträger. Gegebenenfalls kann nur die Auflage für die Gründungspfähle gebildet werden (Fig. 6). Bei einem halben Fundamentträger wird die Kontinuität der gesamten Struktur bei Beendigung der Konstruktion der zweiten Trägerhälfte erhalten. Die Kontaktfläche wird freigelegt, und gegebenenfalls werden Bewehrungsstäbe (nicht dargestellt) eingesetzt und zementiert.In this way, the trencher can form a transverse trench 17 for forming the tunnel base (foundation arch or foundation piles) according to the sequence of operations shown in Figs. 4A - 4F. With particular reference to these drawings, the trencher is first positioned near the junction between the floor of the tunnel or roadway base 11 and the foundation arch 18 (Fig. 4A). The trencher is then extended to destroy the base of the tunnel and the foundation arch (Fig. 4B), excavating the soil or rock. The trencher is swung outward (Fig. 4C), excavating a side section 17a for the base or foundation pile of a new cross section of the tunnel. The trencher then swings and is displaced as a unit with the carriage 14 along the horizontal guide 10. This creates a trench excavated in a shape and size suitable for receiving a subsequent concrete pour. When hardened, the concrete forms the full or half foundation beam. If necessary, only the support for the foundation piles can be formed (Fig. 6). In the case of a half foundation beam, the continuity of the entire structure is maintained when the construction of the second half of the beam is completed. The contact surface is exposed and, if necessary, reinforcing bars (not shown) are inserted and cemented.

Sobald die Sohle oder der Aushub für den Guß bereit ist, wird die Ausrüstung der Länge nach von dem Raupenfahrzeug 13 verschoben, um den Grabenbagger 20 mit einem vorbestimmten Abstand anzuordnen, um einen neuen Aushub und einen neuen Guß auszuführen. Eine Wiederholung dieser Schritte ergibt eine Sohle aus Gründungspfählen oder einem Fundamentgewölbe, die kontinuierlich oder aus einzelnen Teilen gebildet sein kann, abhängig davon, ob die Fundamentträger zur Bildung eines einzigen monolithischen Körpers oder mit Abstand angebracht sind. Eine derartige Sohle ist gut geeignet, der Last zu widerstehen, die das Gewölbe auf den Tunnel überträgt.Once the base or excavation is ready for pouring, the equipment is moved lengthwise by the crawler vehicle 13 to position the trencher 20 at a predetermined distance to carry out a new excavation and pouring. Repetition of these steps results in a base of foundation piles or a foundation arch, which may be continuous or formed in individual parts, depending on whether the foundation beams are arranged to form a single monolithic body or are spaced apart. Such a base is well suited to withstand the load that the arch imparts to the tunnel.

Wie offensichtlich ist, können durch die Möglichkeit, nach oben und nach außen zu schwenken, Aushebungen (und somit Sohlen) auch in komplexen Formen gebildet werden, die das Projekt manchmal erfordert.As is obvious, the ability to swing upwards and outwards allows excavations (and therefore soles) to be formed in the complex shapes that the project sometimes requires.

Insbesondere wird angenommen, daß das zuvor beschriebene Verfahren fast in jeder Situation anwendbar ist, wie zum Beispiel:In particular, it is assumed that the previously described procedure is applicable in almost any situation, such as for example:

- beim Umbau bestehender Tunnel, wobei unter Umständen das Fundamentgewölbe oder die Gründungspfähle verändert oder verstärkt werden;- when rebuilding existing tunnels, which may involve modifying or strengthening the foundation arch or the foundation piles;

- bei der Verbreiterung bestehender Tunnel, wobei ein größeres Fundamentgewölbe gestaltet oder die Gründungspfähle in einer anderen Position unter dem neuen Gewölbe eingesetzt werden;- when widening existing tunnels, whereby a larger foundation vault is designed or the foundation piles are installed in a different position under the new vault;

- bei der Konstruktion neuer Tunnel, wobei das Fundamentgewölbe oder die Gründungspfähle nach dem Verfahren dieser Erfindung und nicht nach gegenwärtig bekannten Verfahren errichtet werden.- in the construction of new tunnels, where the foundation vault or the foundation piles are constructed according to the method of this invention and not according to currently known methods.

Es sollte offensichtlich sein, daß die zuvor beschriebene Ausführungsform nur ein Beispiel ist, und daß Fachleute zahlreiche Veränderungen durchführen können, ohne von der Erfindung Abstand zu nehmen, die durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist.It should be obvious that the above-described embodiment is only an example and that numerous changes can be made by those skilled in the art without departing from the invention, which is defined by the appended claims.

Claims

1. Excavation apparatus for constructing, redesigning, strengthening or repairing any part of the tunnel floor so as to provide a foundation vault (18) or foundation pile structure adequate to support the tunnel and of a suitable size depending on the cross-section of the tunnel (11), characterized in that it comprises trench excavation means (20) driven by drive means (16) and constrained to perform a combined movement of:

- pivoting about an axis which is substantially parallel to the longitudinal axis of the tunnel;

- sliding in a direction perpendicular to the axis; and

- a transverse horizontal displacement together with the pivot axis along a horizontal guide means (10) which runs transversely in the tunnel.

2. Device according to claim 1, characterized in that it is mounted on a transport means (13) which is movable in the longitudinal direction of the tunnel.

3. Device according to claim 1, characterized in that the trench excavation means (20) is mounted displaceably in a substantially vertical transverse plane on a guide means (15) which pivots about a pivot axis substantially parallel to the longitudinal axis of the tunnel, the pivot axis being part of a carriage (14) which is displaceable along the horizontal guide means (10).

4. Device according to claim 1, characterized in that the length of the horizontal guide means (10) is such that it spans substantially the entire width of the tunnel (11).

5. Device according to claim 1, characterized in that the length of the horizontal guide means (10) is such that it spans part of the total width of the tunnel (11).

6. Excavation method using a trencher excavation means (20) according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises the steps :

a) arranging the trench excavation means (20) near the foot of the tunnel (11);

b) excavating the base of the tunnel by advancing the trenching means (20) into the ground down and out of the tunnel;

c) moving the trenching means (20) in a substantially horizontal direction over the tunnel floor, thereby forming one of the transverse floor trenches (17);

d) longitudinal displacement of the trenching means (20) over a certain distance; and

e) cyclically repeating steps (a) to (d) thereby providing a series of trenches (17) for a corresponding series of foundation beams forming the foundation vault structure (18) adapted to the cross-section of the tunnel (11).

7. Method according to claim 6, characterized in that step b) comprises the step:

b1) pivoting the trenching means (20) about an axis which is substantially parallel to the longitudinal axis of the tunnel in order to form larger zones (17a) at the foot of the tunnel (11) for the foundation piles.

8. A method according to claim 6, characterized in that step (d) provides for moving the trencher means (20) over a minimum distance to form a continuous foundation arch (18) or a continuous foundation pile structure.

9. A method according to claim 6, characterized in that step (d) provides for moving the trencher means (20) over an appropriate distance to form a component-formed foundation arch (18) or such foundation pile structure.

10. A method according to claim 6, characterized in that step (c) provides a transverse displacement substantially from one side of the tunnel to the other.

11. Method according to claim 6, characterized in that step (c) comprises the further steps:

c1) transverse displacement over a part of the tunnel, whereby a first floor half-trench is formed;

c2) pouring concrete into the half-trench so that a half foundation support is formed;

c3) the transverse displacement over the rest of the tunnel, which ends the floor trench, and

c4) pouring concrete to complete the foundation support.